模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)-第3章多級(jí)放大電路

一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因1.零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。采用特性相同的管子構(gòu)成“差分放大電路”零點(diǎn)漂移零輸入零輸出理想對(duì)稱二、長尾式差分放大電路的組成信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？共模信號(hào)：大小相等，極性相同。差模信號(hào)：大小相等，極性相反.信號(hào)特點(diǎn)？能否放大？二、長尾式差分放大電路的組成為了簡化電路，便于調(diào)節(jié)Q點(diǎn)；為了使電源與信號(hào)源共地——典型差分放大電路長尾式差動(dòng)放大電路：共模信號(hào)：大小相等，極性相同。差模信號(hào)：大小相等，極性相反.-+vabaRSREV-RCRSRCRL+--+vbRL+-vvo輸入、輸出方式輸出：雙端輸出：帶載：空載：單端輸出：帶載：空載：輸入：雙端輸入：單端輸入：V+a差模信號(hào)：v

=-vb信號(hào)：既非共模，也非差模;差模信號(hào)共模信號(hào)共模信號(hào)：va=vb二、長尾式差分放大電路的組成三、長尾式差分放大電路的分析（P158）2ReV

UIEQ

EE

BEQBQIEQI

1

IBQ1

IBQ

2

IBQICQ1

ICQ

2

ICQIEQ1

IEQ

2

IEQUCQ1

UCQ

2

UCQ

uO

UCQ1

UCQ

2

01.Q點(diǎn)：VEE

IBQ

Rb

UBEQ

2IEQ

Re晶體管輸入回路方程：Rb通常較小，且IBQ很小，故CEQ

CC

CQ

cBQ

bBEQU

V

I

R

(I

R

U

)選合適的VEE和Re就可得合適的QBEQCQ

cCEQ

CCU

V

I

R

UOccIcu共模放大倍數(shù)：

A

u三、長尾式差分放大電路的分析2.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用

共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即uI1

uI2

uIciB1

iB2

;

iC1

iC2uC1

uC2uO

uC1

uC2

(uCQ1

uC1

)

(uCQ2

uC2

)

0c參數(shù)理想對(duì)稱時(shí)：

A

0由于電路參數(shù)的理想對(duì)稱性，溫度變化時(shí)管子的電流變化完全相同，故可以將溫度漂移等效成共模信號(hào)。原因：電路參數(shù)對(duì)稱所起的補(bǔ)償作用；Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?。Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào)如T(℃)↑→IC1↑IC2

↑→UE↑→IB1

↓IB2

↓→IC1

↓IC2

↓抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。三、長尾式差分放大電路的分析2.對(duì)共模信號(hào)的抑制作用OccIcuA

u共模放大倍數(shù)：c參數(shù)理想對(duì)稱時(shí)：A

0C1

C2iB1

iB2iC1

iC2u

uuO

2uC1△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對(duì)差模信號(hào)無反饋?zhàn)饔谩?.

放大差模信號(hào)差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即uI1

uI2三、長尾式差分放大電路的分析2＋uId——2＋uId差模電壓uid浮地輸入，在a、b兩輸入端產(chǎn)生±uid/2的輸入信號(hào)。對(duì)差模信號(hào)，電路有：--2+

uidRL的中點(diǎn)是交流地。故交流通路為：可見：交流通路沿中間位置分成左右兩邊完全相同的電路。-

2+uidRC1+2-

uidbRC2L2RL2R-2+

vod2v-bREV-VCCRC2RC1RL-+

vod++uid-2vid發(fā)射極E交流地，即RE被交流短路；a

Rb1iida

Rb13.

放大差模信號(hào)三、長尾式差分放大電路的分析Rb2od

+

Rb2-2+vidaRC+

id2-

vbRC2RL2RL-2+

vodvidiB1viR

ididB11

vi

2

2RC+-

id2vL2+-od2R

v

故有：-

id2+vRC2RL-2+vodrbeb

i

2(Rb……式3.3.8

2RC-2+vidCR

L2R+-2vodrbeb

i……式3.3.9odvRoRb1Rb1Rb1-

vod

+

Rb22Rb2三、長尾式差分放大電路的分析3.

放大差模信號(hào)單邊等效電路法：uId

iB

2(Rb

rbe

)Lcdb

be)2RA

R

r

(R

∥（3.3.7）IdOdduu差模放大倍數(shù)

A

)2uOd

iC

2(Rc

∥LRRi

2(Rb

rbe)，Ro

2Rc3.

放大差模信號(hào)三、長尾式差分放大電路的分析4.

差分放大電路動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：綜合 差分放大電路放大差模信號(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。CMRc（3.3.10）KA

Ad在參數(shù)理想對(duì)稱的情況下，KCMR

。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“

接地”點(diǎn)，以

。根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。三、長尾式差分放大電路的分析四、差分放大電路的四種接法CQCCCQ1UCQ2U

VCC

ICQ

RcVRLRc

RL

I

(Rc

∥

RL

)，由于輸入回路沒有變化所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣。但是UCEQ1≠UCEQ2。1.

雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析單端輸出時(shí)：-+

id2v+-v

id2-2+vida+2-

vidbRCLR-od+

vbREV-V+RCRCRCRb1RL-+vodQ2Q1對(duì)差模信號(hào)，發(fā)射極E仍為交流地；從哪個(gè)管子輸出，就畫出該管對(duì)應(yīng)的等效電路。（1）以Q1輸出：+-2vidCLR-+odvrbeb

i

R1.

雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析四、差分放大電路的四種接法a

Rb1

iidRb2Rb2Rb1單端輸出時(shí)：1+

id-

2u2-u+

idbRCLRod+

u

C

L

2

Rb

rbe1

(R

//

R

)

2Ad(單)iduod

vod

u

1（1）以Q

輸出：故有，vid12……

式3.3.16C

L+-odurbeb

i

R

R

RCRoiRb

2(R

rbe)輸入端形式?jīng)]有改變，Ri不變2（2）以Q

輸出：idAd(單)u

uodLRod

+--

u+-22vv

idididvod

v

2

1）

1

(RC

//

RL

)2（rbe2RCa

Rb1Q1Q2

Rb2Rb1.

雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析四、差分放大電路的四種接法1.

雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析d(3.3.16)2

Rb

rbeA

1

(Rc∥RL

)Ri

2(Rb

rbe)，Ro

Rc四、差分放大電路的四種接法aReV-RCRC共模電壓增益cA

uocuic-+vicV+這里只 共模電壓增益，共模輸入、輸出電阻不要求。-+vic共模信號(hào)輸入時(shí)，Re對(duì)一個(gè)管子相當(dāng)于2Re。因發(fā)射極信號(hào)電流大小和極性相同，Re上將有兩倍的信號(hào)電流，e點(diǎn)不是交流地。通過

“阻抗反映法”畫出交流通路。eiie2ie1.

雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析四、差分放大電路的四種接法LRQ1

+

uoc

-RbQ2Rb

b2.

當(dāng)共模信號(hào)單獨(dú)作用時(shí)的小信號(hào)分析bReV-V+RCRC-+icv-+viceiie2ie單邊等效電路法：阻抗反映法

(RC

//

RL

)b

be

e

r

2(1

)RAc

(單)

R……式3.3.17RL-ocQ1

+

ua

RbQ2Rb-+icvbRC

RC-+icv12Re2ReLR-oc+

ua

R

QbQR2b-+icv+-ocv2ReRCRbRL四、差分放大電路的四種接法1.

雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析b

bec

Ld2

R

rA

1

(R

∥

R

)c(3.3.17)A

Rb

rbe

2(1

)Re

(Rc∥RL

)CMR(3.3.18)K

Ad

Rb

rbe

2(1

)ReAc

Rb

rbe四、差分放大電路的四種接法2.

單端輸入雙端輸出共模輸入電壓差模輸入電壓輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：uId

uI，uIc

uI

/

2四、差分放大電路的四種接法2.

單端輸入雙端輸出問題

：UOQ產(chǎn)生的原因？如何減小共模輸出電壓？OQIcI2u

UuO

Ad

u

A

測(cè)試:差模輸出共模輸出靜態(tài)時(shí)的值單端輸入單端輸出的情況請(qǐng)自行分析！差模信號(hào)單獨(dú)作用的輸出與共模信號(hào)單獨(dú)作用時(shí)的輸出之和等于當(dāng)輸入信號(hào)va和vb共同作用時(shí)的輸出，即：vo

Avdvid

Avcvicid

av

vvic

a

b

v

＋v-+bv信號(hào)可分解為共模信號(hào)和差模信號(hào)的疊加。+2根據(jù)疊加原理：-avbaREV-V+RCRCRL+

vo

-Q2Q13.差動(dòng)放大器的交流輸出當(dāng) 信號(hào)作用時(shí)，怎么分析？o

vd

id

A

v又：vida

vic2

va＋vbv-+bv+-avbaREV-V+RCRCRL+

vo

-Q2Q13.差動(dòng)放大器的交流輸出例：已知Avd=-50，va=10mV，vb=6mV。求：vid，vic，vo解：v且雙端輸出時(shí)：Avc=0

4mV

8mV

50

4

200mV如果Avd未知，則要由電路參數(shù)求解Avd6.3.3-4

差動(dòng)放大器的交流小信號(hào)分析+-va+-vbbaRE-VEE+VCCRCRC-+

voQ1ro模分析與前面所講的長尾電路完全一樣。對(duì)共模信號(hào)：共模分析時(shí)，發(fā)射極不為交流地，要考慮恒流源的內(nèi)阻。方法與前面一樣。恒流源差動(dòng)放大器（重點(diǎn)）對(duì)差模信號(hào)：發(fā)射極為交流地，故對(duì)差be

2(1Avc(單)

r……式6.1086.3.3-4

差動(dòng)放大器的交流小信號(hào)分析3.

恒流源差動(dòng)放大器（重點(diǎn)）例：已知Q1、Q2配對(duì)，，rbe已知。+-vsRb+VCCRCRbRCQ1Q2IR-VEE4Q3QRCIC

3voSRgRvo1差放共模輸出不計(jì)FET小信號(hào)參數(shù)vs只考慮gmvv求：A

oor-VEE分析：第一級(jí)為差動(dòng)放大器單端輸出，第二級(jí)為源極輸出器。6.3.3-4

差動(dòng)放大器的交流小信號(hào)分析3.

恒流源差動(dòng)放大器（重點(diǎn)）vsv解：因

A

voo1

vovsv

vo1求第一級(jí)的vo1vs

，要考慮第二級(jí)的輸入電阻（Ri2=Rg）忽略差放的共模輸出，有：Avd(單)sb

o1

v

2(Rbgm

Rs求第二級(jí)（源極輸出器）的Av2v2o1

vom

sAv

1

g

Rm

s

m

s

1

g

Rvsv

g

RvA

o

Cg

(R

//

R

)bbe2(R

r

)6.3.3-4

差動(dòng)放大器的交流小信號(hào)分析-VEEor-Rb+VCCRbRCQ1+

vod

-

RCQ2RLRw3.

恒流源差動(dòng)放大器（重點(diǎn)）例：（2006年期末考試題）已知Q1、Q2配對(duì)。=99，Vbe=0.6V，

rbb'

200。

+W其它元件參數(shù)為：R

=300

，

vidRb=500，RC=RL=30k

，R=117k

?；瑒?dòng)變阻器的抽頭處于中間位置。3

41.

說明Q

、Q

、R和電壓源構(gòu)成了什么電路？2.

計(jì)算Avd、Rid-VEEorIR-VEE4Q3QRIC

36.3.3-4

差動(dòng)放大器的交流小信號(hào)分析6.4

FET差動(dòng)放大器FET差動(dòng)放大器分析方法與BJT一樣。例：

P300的習(xí)題6.13-+vid+VCCRDRDQ1Q2RL+-vodIE3V

V

Z

BERe（1）

Q1的工作點(diǎn)估算m

gsg

v+v-odRDSRL-2+

vidID1

ID22C

3

1

I

0.05mA

0.1mA（2）差模電壓增益AvdidAvd(單)v

vodid2

1

vv

od

（IE

3-VEE2m

DL2

1）

1

g

(R

//

R

)3QReR6.4

FET差動(dòng)放大器RG(1+

)(RE

//)>>rbe求電阻R

和R

。2E

G例：（10分，2007年期末試題）已知雙端差模電壓增益A為10。A點(diǎn)電壓V

=-4V，Si三極管Q1、Q2的集電極電壓C1

C2

CV

=V

=6V

，R

=10k。且解：

I-+

vodIAvi2RBVCC=

+

12VRCRCQ1Q2RGAREREvi1RBRCVC1CR

VCC0.7

40.6

RE

RC

5.5kΩ

0.6mA

RCbeE

G2)RA

vd(雙)r （1+）(R

//E2R

//

RG

G

R

2.44kΩ例：擴(kuò)音系統(tǒng)mV電信號(hào)話筒功率放大：提高信號(hào)的輸出功率，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。功放的特點(diǎn)和指標(biāo)：①

輸出功率：Po

UL

IL

；負(fù)載上的電流、電壓都比較大6.7

功率放大器PCC② 轉(zhuǎn)換效率：

Po；PCC是電源VCC提供的功率③

非線性失真：通常用總諧波失真（THD）來度量。④ 一般采用圖解法對(duì)Po、

進(jìn)行估算（不能用小信號(hào)等效電路分析）。6.7

功率放大器6.7.2

功率放大器的分類根據(jù)功率管在電路中工作時(shí)在一個(gè)正弦信號(hào)周期內(nèi)的導(dǎo)通時(shí)間的多少來分類的。實(shí)質(zhì)是晶體管的Q點(diǎn)位置不同。主要有四種基本類型：甲類、乙類、甲乙類和丙類甲類功率放大器信號(hào)在整個(gè)周期內(nèi)BJT均導(dǎo)通，輸入為正弦信號(hào)時(shí)的輸出情況如右圖。乙類功率放大器晶體管只在輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通（另外半個(gè)周期截止）。6.7

功率放大器6.7.2

功率放大器的分類甲乙類功率放大器晶體管有一個(gè)很小的靜態(tài)電流，導(dǎo)通時(shí)間略大于輸入信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。丙類功率放大器晶體管的導(dǎo)通時(shí)間小于輸入信號(hào)的半個(gè)周期。本部分主要分析甲類、乙類和甲乙類的特點(diǎn)指標(biāo)計(jì)算。丙類功放在“射頻模擬電路中”分析。6.7.2

功率放大器的分類1.

甲類功率放大器及其缺點(diǎn)基本的共射放大電路：略去基極直流偏置電路VCCvIvo-RL+vCEiCQ點(diǎn)設(shè)在放大器中間位置6.7.2

功率放大器的分類1.

甲類功率放大器及其缺點(diǎn)略去基極直流偏置電路vIvoVCC-RL+vCEiCCEQ

CC2V

1

VLICQR

VCC2RLVP

——輸出電壓振幅，VP

最大？？CESPmax

CC2忽略V

：

V

1

VCES考慮V

：PmaxCCCES12V

VV6.7.2

功率放大器的分類1.

甲類功率放大器及其缺點(diǎn)vIvoVCC-RL+vCEiCCEQ

CC2V

1

V最大輸出功率PLmax:)22

VoLLL(

PVPRR

2

CQL2R

VCCIovtVPPmax

CC2V

1

V最大振幅：2V

P

2RL2CCV8RLL2R

(

VCC

)22L

CQR

I12

2RL

V

CC2RLCC

CQ4

1

V

I4VCC……式6.177……式6.178Lmax

P

或直流電源提供的平均功率PVcc:6.7.2

功率放大器的分類1.

甲類功率放大器及其缺點(diǎn)IvvoCCV-RL+vCEiCiCtCQI

VCC

ICQ

VCC

iCiCQ0

1CCTi

dt

IiT假設(shè)輸入正弦信號(hào):t

……式6.171……式6.179CEQ

CC12V

VCQL2R

VCCI最大效率:6.7.2

功率放大器的分類1.

甲類功率放大器及其缺點(diǎn)CC

VCC

ICQPVmaxCCPL

maxPVCQPR

VR

IL

L2CC

CQ

1

V

I14

25%說明:……式6.1801PLmax

4

VCC

ICQIvvoVCCRL+-vCEiC電源提供的功率在靜態(tài)時(shí)和工作時(shí)相同。①靜態(tài)時(shí):晶體管反而安全。②最大輸出時(shí):VCC

0.5P4CC

CQ

1

V

I則BJT的管耗：PBJTLP

PR

RL

(靜態(tài))2CC

CQ

1

V

I則BJT的管耗：PBJTCCV

0.25PVCC

0.5P6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器1）工作原理極性相反、特性相同；輸出不加隔直電容。靜態(tài)分析:輸入、vi=0時(shí)，兩個(gè)BJT均截止，輸出電壓vo=0動(dòng)態(tài)分析:假設(shè)VON=0.7V，則當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)：當(dāng)0.7V

vi

0.7V

，輸出電壓vo仍為零+vo-QnCCVVCC電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn):雙對(duì)稱電源供電；

雙管：雙CC電路v，iQ

RLp6.7.2

功率放大器的分類+vo-QnVCCVCCivQpRL當(dāng)0.7V

vi

0.7V

，輸出電壓vo仍為零;2.

乙類功率放大器vit0.7V-0.7Vvot6.7.2

功率放大器的分類niQ當(dāng)vi0.7V

，則Qn導(dǎo)通，Qp截止，電路類似于射極跟隨2.

乙類功率放大器vit0.7V-0.7Vvot器，此時(shí)通過Qn提供的負(fù)載電流iL為正。+vo-QnVCCVCCivQpRL6.7.2

功率放大器的分類iQp2.

乙類功率放大器vit0.7V-0.7Vvot當(dāng)vi

0.7V

，則Qp導(dǎo)通，Qn截止，電路類似于射極跟隨器，此時(shí)通過Qp提供的負(fù)載電流iL為負(fù)。+vo-QnVCCVCCivQpRL6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器vit0.7V-0.7VvotQp、Qn都只在半個(gè)周期內(nèi)工作，稱為乙類放大。由于該電路在任何時(shí)刻總是一個(gè)BJT導(dǎo)通，另一個(gè)截止，因此，該電路稱為互補(bǔ)推挽功率放大電路。+vo-QnVCCVCCviQpRL6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器vit0.7V-0.7Vvot存在的問題：當(dāng)0.7V沒有v時(shí)一

0，個(gè)7VBJT導(dǎo)通，即輸入電壓在負(fù)載上的電壓為零，導(dǎo)致輸出的波形失真。失真是由晶體管交替工作時(shí)產(chǎn)生的，所以稱為交越失真。+vo-QnVCCVCCviQpRL6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器2）參數(shù)計(jì)算將電路理想化：假設(shè)發(fā)射結(jié)開啟電壓為零；且忽略VCES

。+voQn-VCC輸出電壓：vo

VP

sinωt

……式6.187最大輸出電壓振幅（滿激勵(lì)時(shí)）：VP

VCCVCCviQpRL6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器2）參數(shù)計(jì)算VP

VCC最大輸出功率PLmax:(

VP2LmaxL

L)22VPRR

o

2L.

P

1

V2LV2

R

2R

CC

直流電源提供的平均功率PVcc:CCCCP

P

V

iV

V

CC

Cnt最大輸出電壓振幅（滿激勵(lì)時(shí)）：+vo-QnVCC……式6.195iCnVCCviQpRL6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器P

CCV

VVcc直流電源提供的平均功率P

:CCCCVV

P

P

VCC

iCntVP

sint;0

~

RL0;

ICn

(t)

iCnVP(t)dtRL0L2

R

1

VPL

R

2+vo-QnVCCVCC2）參數(shù)計(jì)算最大輸出電壓振幅（滿激勵(lì)時(shí)）：viQpRL6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器P

CV

Vcc直流電源提供的平均功率P

:CCCCP

P

V

iV

V

CC

CnitVP

sint;0

~

ICn

(t)

CnRL0;

V

PRLVPCCL

V

R

2……式6.196

P

LVCCVCC

πR

P

2V……式6.197+vo-QnVCCVCC2）參數(shù)計(jì)算最大輸出電壓振幅（滿激勵(lì)時(shí)）：viQpRLCCP

Po6.7.2

功率放大器的分類2.

乙類功率放大器2）參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)換效率：CnitVP